Optická kvantová hradla výrazně účinnější

Efektivní konstrukce různých kvantových hradel je nezbytným předpokladem pro praktické kvantové počítání a komunikaci. V našem článku (Phys. Rev. Lett. 114, 153602) jsme experimentálně představili, jak implementovat optimální kvantové hradlo pro tzv. kontrolovanou unitární evoluci s využitím fotonů a lineární optiky. Toto hradlo je mimořádně důležité, protože se jedná o klíčovou komponentu budoucích kvantových počítačů. V hradle dochází k transformaci kvantového stavu signálního fotonu v závislosti na kvantovém stavu tzv. kontrolního fotonu. V oblasti lineární optiky naše schéma pracuje s maximální dosažitelnou účinností. Toho je dosaženo nahrazením dvou běžných kvantových hradel pro kontrolovanou negaci jedním univerzálním hradlem s laditelnou silou interakce mezi fotony. Tento postup zvyšuje účinnost hradla přibližně o jeden řád, což při zřetězení hradel nabízí exponenciálně se škálující zlepšení. Jak poznamenal jeden z recenzentů našeho článku, uvedený postup přináší „drastické“ zlepšení. Zároveň ukazujeme, jak lze snadno naše hradlo zabudovat do rozsáhlejších kvantově informačních zařízení, což z něj dělá cenný nástroj pro návrh kvantových výpočetních obvodů.